پژوهشگران دانشگاه هوانوردی غیرنظامی چین گیرندهای سبکوزن عرضه کردند که با ترکیب یک لایه پروسکایت و یک لایه ترموالکتریک انرژی تابشی لیزر را به برق تبدیل میکند. در آزمایشهای کنترلشده، این تاندِم سلول لیزری–ترموالکتریک (PLC-TE) بازده آزمایشی 38.49% نشان داد و با افزودن نانوبلورهای عایق، مدیریت حرارتی و پایداری ساختار بهبود یافت.
نحوه عملکرد سیستم PLC-TE
ساختار تاندِم شامل دو جزء است: لایه پروسکایت نخست فوتونهای لیزر را به جریان الکتریکی تبدیل میکند و لایه ترموالکتریک گرمای باقیمانده را بازیابی و به توان اضافه تبدیل میکند. افزایش اختلاف دما بین سطح روبهلیزر و سمت خنکتر بازده ترموالکتریک را تقویت میکند. برای مروری فنی بر مفاهیم پایه، صفحات پروسکایت و اثر ترموالکتریک در ویکیپدیا قابلاستناد هستند: پروسکایت و اثر ترموالکتریک.
مدیریت حرارت: نانوبلورها و خنککاری آئرودینامیک
پرتوهای لیزر قدرتمند میتوانند دمای گیرنده را تا 80–90 درجه سانتیگراد بالا ببرند؛ این افزایش دما بازده را کاهش داده و خطر آسیب ساختاری به پهپاد را بالا میبرد. تیم تحقیقاتی نانوبلورهایی با هدایت حرارتی پایین به ساختار افزود که نقش مانع حرارتی را ایفا میکنند و لایههای حساس پروسکایت و ترموالکتریک را محافظت میکنند.
خنککاری آئرودینامیک
علاوه بر مواد نانویی، کانالهای هوا در بالهای پهپاد تعبیه شده تا جریان هوا هنگام چرخش ملخها گرمای اضافی را از دستگاه دور کند. این ترکیب عایق نانوبلوری و خنکسازی آئرودینامیک در آزمایشها به بازده 38.49% منجر شد — یکی از بالاترین مقادیر گزارششده برای این رده فناوری.
ویژگیهای کلیدی
- ترکیب پروسکایت و ترموالکتریک برای بازیابی هر دو فوتون و گرما
- استفاده از نانوبلورهای عایق برای کاهش انتقال گرما به لایههای حساس
- طراحی خنککاری آئرودینامیک مناسب پهپادها
- بازده آزمایشی گزارششده: 38.49%
- پتانسیل کاربرد در مأموریتهای طولانیمدت با نیاز به شارژ بیسیم در پرواز
موانع و نیازمندیهای توسعه
- آزمایشهای پروازی فضای باز برای بررسی عملکرد در شرایط واقعی، اعوجاج هوا و تغییرات نوری ضروری است.
- پیادهسازی دقیق و قابلاعتماد سامانههای ردیابی پرتوی لیزر روی پهپاد متحرک نیاز به توسعه دارد.
- تضمین ایمنی چشم و سامانههای اطراف و انطباق با مقررات حفاظتی لیزر از الزامات کلیدی است؛ ارجاع مرتبط: انتقال توان با پرتو.
- ارزیابی سازگاری با طراحیهای مختلف پهپاد، تأثیر وزن و ارگونومی بر پایداری پروازی و کارآیی سیستم لازم است.
پیامدها و کاربردهای عملی
ادامه توسعه و آزمایشهای میدانی میتواند امکان شارژ بیسیم لیزری را برای پهپادهای نظارتی، نقشهبرداری و تحویل طولانیمدت فراهم کند؛ اما دستیابی به «پرواز پیوسته» مستلزم حل همزمان چالشهای فنی، ایمنی و مقرراتی است. نیاز به سامانههای ردیابی دقیق پرتو، روشهای جلوگیری از تداخلات هوایی و استانداردهای حفاظتی لیزر از اولویتهاست.
جمعبندی و چشمانداز
پژوهش حاضر گام عملی مهمی در مسیر انتقال توان بیسیم با لیزر محسوب میشود، اما تبدیل آن به محصول صنعتی نیازمند تکمیل آزمایشهای میدان، توسعه روشهای ایمن ردیابی پرتو و تدوین مقررات مرتبط است. پیشرفتهای آتی در مواد، مدیریت حرارت و سامانههای کنترلی تعیینکننده امکانپذیری کاربرد تجاری خواهند بود.
منابع: مقاله تحقیق منتشرشده در نشریه Matter & Light و صفحات مرتبط در ویکیپدیا.
